O GEOLOGII REGIONU I NIE TYLKO

Zjawiska geologiczne w rezerwacie przyrody nieożywionej Wietrznia - Zbigniew Złonkiewicz

Szerokie wzniesienia Wietrzni (312 m n.p.m.) i Międzygórza, o łagodnych zboczach, rozpoczynają Pasmo Kadzielniańskie w południowo-wschodniej części Kielc. Dalej, przez Psie Górki, Kadzielnię, Karczówkę, Dalnię, Brusznię i Górę Stokową, sięga ono ku zachodowi po okolice Białogonu. Wapienne ściany wyrobisk objętych rezerwatem, bielejące na tle podmiejskich osiedli i zielonych łąk, przykuwają uwagę spacerowiczów i narciarzy, podziwiających rozległą panoramę miasta ze szczytu Telegrafu. Ciąg ścian, przypominający wąwóz lub kanion (długi na 1 km, szeroki 100-300 m, głęboki 20-50 m), obejmuje nieczynne wyrobiska trzech kamieniołomów; od zachodu: Wietrznia, Międzygórz i Międzygórz Wschodni.

 

Eksploatację surowca rozpoczęto tu w początkach XIX wieku, dla potrzeb budownictwa miejskiego i z przerwą 1940-1947, trwała ona do roku 1974. Wydobywano wapienie płytowe i masywne (średnio: CaO – 53,1%; MgO – 0,59%; SiO2 – 2,50%). Odpady eksploatacyjne (skały węglanowe ze stref tektonicznych i krasowych, przemieszane z czerwonymi glinami i piaskowcami) gromadzono w hałdach poza granicami wyrobisk.

 

W trzypoziomowym wyrobisku Wietrzni, urobek ładowano ręcznie na wagoniki. Transport odbywał się za pomocą wyciągarki, wzdłuż południowych ścian i po pochylniach. Zachowały się resztki podkładów i kawałki szyn. Wapienie służyły do produkcji wapna oraz jako kamień łamany i kruszywo dla budownictwa. W latach 80. XIX wieku, na północny zachód od wyrobisk, wzniesiono dwa piece szybowe do wypalania wapna, które działały do pierwszej wojny światowej. Z początkiem XX wieku, na południowy zachód od wyrobisk zbudowano dwa piece kręgowe typu Hofmana, rozebrane w latach 70. Urobek z dwupoziomowych kamieniołomów Międzygórza i Międzygórza Wschodniego przewożono samochodami na bocznicę kolejową przy ul. Karczówkowskiej. Służył jako topnik dla potrzeb hutnictwa.

 

Dzięki staraniom wielu geologów kieleckich nieczynne wyrobiska kamieniołomów Wietrzni i Międzygórza objęte zostały ochroną rezerwatową na podstawie Rozporządzenia nr 45/99 Wojewody Świętokrzyskiego z dnia 4 listopada 1999 r. W nazwie rezerwatu upamiętniono doc. dr inż. Zbigniewa Rubinowskiego (miłośnika regionu świętokrzyskiego, geologa, ekologa i alpinistę). Rezerwat stanowi istotny element Geoparku Kielce.

 

Atrakcją geologiczną rezerwatu - i to nie tylko dla specjalistów - są odsłaniające się skały i zawarte w nich skamieniałości, ponadto zapisane w skałach liczne procesy geologiczne, od nagromadzenia osadu w morzu dewońskim, przez późnopaleozoiczne zaburzenia tektoniczne górotworu i towarzyszące im procesy hydrotermalne, po wieloetapowe wietrzenie i rozwój krasu, trwające do dziś (Rubinowski & Wójcik, 1978; Kasza & Selerski, 1998; Złonkiewicz, 2005, 2008; Stupnicka & Stempień-Sałek, 2006; Szczałubowie i in., 2008).

 

 

 

Wzniesienia otaczające kamieniołom są dobrymi punktami widokowymi, z których obserwować można panoramę miasta i pasma Gór Świętokrzyskich.

 

SKAŁY I SKAMIENIAŁOŚCI (ŚRODKOWY I GÓRNY DEWON)

 

Skały odsłonięte w kamieniołomie w zasadniczej większości należą do dewonu. Obejmują profil pionowy o miąższości niespełna 100 m. W południowych ścianach wyrobisk przykryte są one kilkumetrową warstwą utworów permskich.

 

Utwory dewońskie w większości należą do tzw. warstw z Wietrzni, czyli są kopalnymi osadami morskimi dewonu środkowego (żywet) i górnego (fran) (Szulczewski, 1995; Wrzołek, 2005; Narkiewicz i in., 2006). Tworzą je pokruszone fragmenty szkieletowe organizmów osiadłych i mięczaków, które tkwią w masie złożonej z mułu wapiennego i skamieniałych drobniutkich odchodów.

 

Powstały w środowiskach płytkiego i pośredniego szelfu (głębokości kilku do kilkudziesięciu metrów). W paleogeografii morza dewońskiego rejon Wietrzni znajdował się w „strefie kostomłockiej”. Zajmowała ona miejsce pośrednie między płytkowodnym „regionem kieleckim”, do którego należał obszar „rafy dymińskiej” (sąsiadujący z Kadzielnią), i głębokimi strefami zbiornika, zlokalizowanymi w „regionie łysogórskim” w północnej części obecnych Gór Świętokrzyskich. Wykształcenie osadów obserwowane w ścianach kamieniołomów pozwala, również w tak niewielkim obszarze, dostrzec zróżnicowanie głębokości morza dewońskiego i różne tempo obniżania się dna. W skali rezerwatu, wyrobiska jego środkowej części (Międzygórz) znajdowały się w strefach najpłytszych, zaś części zachodniej (Wietrznia) w najgłębszych (Szulczewski, 1995).

 

Niższą część odsłoniętego profilu tworzą gruboławicowe wapienie (kompleks A), zbudowane z pokruszonych szczątków organicznych, tkwiących w mule wapiennym. Osady te powstały na przedpolu raf, w dynamicznej strefie falowania, na głębokościach do około 10 metrów. Odsłaniają się one powszechnie w ścianach południowej części kamieniołomów, stanowiąc wyłączny typ budujących je skał. W ścianach północnych, widoczne są w najniższym poziomie wschodniej części wyrobisk Wietrzni, ponadto reprezentują niemal całość utworów odsłoniętych w Międzygórzu i Międzygórzu Wschodnim.

 

Przykrywają je utwory cienko- i średnioławicowe, w przewadze zbudowane z margli (kompleks B), czyli mułu węglanowego z domieszką minerałów ilastych. Osady te powstały po pogłębieniu morza, w spokojnych wodach, poniżej strefy falowania, w obszarze pośredniego szelfu.

 

Głębokość, na której powstały można w przybliżeniu oszacować na kilkadziesiąt metrów. Do tej strefy, podczas sztormów, z nieodległych płycizn znoszone były pokruszone szczątki organiczne oraz tzw. intraklasty (kluchy rozmywanego, świeżego, słabo skonsolidowanego osadu) złożone z mułu wapiennego. W efekcie powstały przewarstwienia o zróżnicowanym udziale szczątków organicznych i intraklastów.

 

Utwory tego kompleksu są dostępne do obserwacji w ścianie dolnego poziomu w północno-zachodniej części wyrobiska Wietrzni. W wyrobiskach Międzygórza kompleks ten nie został wyróżniony (Szulczewski, 1995). Zaliczono natomiast do niego stropowe parę metrów profilu, odsłoniętego w północnej ścianie Międzygórza Wschodniego. We wschodniej części tego wyrobiska odsłonięto także niewielkie osuwisko podmorskie.

 

Powyżej leżą przeważnie średnioławicowe wapienie z wkładkami wapieni marglistych (kompleks C), zawierające rozproszone szczątki organiczne. Powstały po spłyceniu zbiornika, na głębokościach około 20 m, czyli w strefie nieco głębszej, niż kompleks A. Wahania poziomu morza i okresowe oddziaływanie falowania podczas sztormów zaznaczyło się w osadzie zróżnicowaniem udziału szczątków organicznych. Osady tego kompleksu tworzą wyższy poziom eksploatacyjny w północnej ścianie wyrobiska Wietrzni.

 

Formacja łupków i wapieni marglistych odsłania się w górnych partiach północnych ścian wyrobiska Międzygórza i Międzygórza Wschodniego. W jej utworach szczątki organiczne stanowią rzadkość. Powstała w górnym dewonie (famenie), po pogłębieniu zbiornika, na głębokim szelfie (do około 200 m) lub na skłonie kontynentalnym (kilkaset metrów).

 

 

W południowej ścianie wyrobiska Wietrzni, w sąsiedztwie uskoku poprzecznego do osi kamieniołomu, odsłaniają się dolomity (CaMgCO3) i wapienie dolomityczne. Swym wyglądem praktycznie nie różnią się od wapieni, lecz w przeciwieństwie do nich, nie „burzą” pod działaniem słabego kwasu solnego. Dolomity powstały w związku z uskokiem i szczeliną, która umożliwiła dostarczenie z głębi Ziemi roztworów bogatych w magnez. Pozostaje kwestią dyskusyjną, czy proces ten przebiegał podczas sedymentacji wapieni, przybierając postać podmorskich ekshalacji (Migaszewski, 1990), czy nastąpił dopiero później w skonsolidowanej skale (Narkiewicz, 1991).

 

 Nawet chwilowa obserwacja ścian skalnych, pozwala dostrzec nagrodzone w nich liczne szczątki kopalnej fauny (Bijak red., 2005). Niektóre z gatunków zostały odkryte właśnie w wyrobiskach rezerwatu. Występowanie makrofauny, czyli dostrzegalnej okiem nieuzbrojonym, niemal ograniczone jest do warstw z Wietrzni. Dominują koralowce Rugosa (Tetracorallia), od centymetrowych fragmentów pokruszonych form osobniczych i gałązkowych, po efektowne kolonie o charakterystycznej „drobno gwiazdkowej strukturze”, osiągające powierzchnię rozpostartej dłoni. Towarzyszą im podobnie wykształcone koralowce Tabulata (tzw. denkowce). Ponadto napotyka się gałązkowe oraz kolonijne struktury osiadłych stułbiopławów Stromatoporoidae, wyglądem nieco podobne do kalafiorów. Rzadziej występują rozproszone fragmenty szkieletowe liliowców (tzw. trochity) oraz muszle ramienionogów i małży, które lokalnie tworzą ławice muszlowców. W formacji łupków i wapieni marglistych szczątki fauny są rzadkością, sporadycznie występują głowonogi goniatyty, trylobity i szczątki ryb pancernych.

 

W odsłoniętych skałach występują ponadto mikroskamieniałości, widoczne pod mikroskopem; konodonty, małżoraczki, szczątki gąbek krzemionkowych.

 

 

 

ZJAWISKA TEKTONICZNE (PÓŹNY KARBON - WCZESNY PERM)

 

Ruchy górotwórcze orogenezy waryscyjskiej (hercyńskiej), w regionie świętokrzyskim zachodzące między późnym karbonem a wczesnym permem, zaburzały pierwotne poziome ułożenie warstw. Na terenie rezerwatu warstwy wapieni z Wietrzni pochylone są ku N i NNE pod kątem 300-500.

 

Powstały liczne uskoki poprzeczne i zgodne z osią obecnego kamieniołomu, o różnej amplitudzie przemieszczenia mas skalnych. Część z nich została ponownie wykorzystana w trzeciorzędzie, podczas deformacji związanych z wieloetapową orogenezą alpejską. W wyrobisku Wietrzni, a szczególnie wyraźnie w najniższym poziomie eksploatacyjnym północnej ściany, widoczny jest uskok poprzeczny do osi kamieniołomu, zrzucający swe zachodnie skrzydło o około 10 m.

 

Cały kompleks warstw formacji łupków i wapieni marglistych został odkłuty od podłoża i przesunięty po górnej powierzchni „sztywnych” wapieni z Wietrzni. W wyniku nałożenia tych procesów, w „miękkich” osadach marglisto-iłowcowych powstały fałdy.

 

Przemieszczenie mas skalnych wzdłuż uskoku zgodnego z osią kamieniołomu, dającego śledzić się na całej długości wyrobisk, otworzyło głęboką szczelinę o szerokości do około 100 m. Wypełnił ją gruz chaotycznie rozmieszczonych okruchów i bloków skalnych różnej wielkości, tzw. brekcja tektoniczna. Brekcję pozostawiono jako nie nadającą się do eksploatacji. Buduje ona m. in. filary dzielące wyrobiska oraz malowniczy ostaniec w centralnej części kamieniołomu. W ścianach wielkiego filara, zamykającego od wschodu wyrobisko Międzygórza, odsłonięty jest kontakt brekcji z ławicami wapieni. Część badaczy przyjmuje, że chaotyczne nagromadzenie bloków nie ma genezy tektonicznej, lecz stanowi wypełnienie olbrzymiego ciągu jaskiń, który kiedyś istniał w osi dzisiejszego kamieniołomu i uległ zawaleniu.

 

Ruchy bloków skalnych pozostawiły na powierzchniach przesuwu charakterystyczne rysy i zadziory, pozwalające odczytać kierunek przemieszczeń.

 

 

ZJAWISKA HYDROTERMALNE (WCZESNY PERM)

 

We wczesnym permie pod działaniem procesów hydrotermalnych, z gorących zmineralizowanych wód krążących w górotworze, wykrystalizowały w wapieniach żyły kalcytowe. Szczególnie efektowne żyły, biegnące zgodnie z pierwotną wewnętrzną strukturą warstw skalnych, występują w północnej ścianie, w sąsiedztwie filara zamykającego wyrobiska Międzygórza. Oprócz dominujących żył bezbarwnych, białych i szarych, zróżnicowany udział związków żelaza miejscami nadaje kalcytowi odcień rdzawy lub różowy. Miejscami fantazyjny przebieg żył upodabnia je do „różanki zelejowskiej”. Sporadycznie spotyka się okruszcowanie siarczkami miedzi w postaci azurytu, bądź malachitu. Często na powierzchniach spękań tektonicznych kalcyt tworzy białe tzw. szczotki krystaliczne, o powierzchni do ponad 1 m2.

 

 

WIETRZENIE POWIERZCHNIOWE I KRAS (OD PERMU DO DZIŚ)

 

Wietrzenie w warunkach lądowych i półpustynnym klimacie permskim, spowodowało powstanie zwietrzelinowej warstwy gruzowej na urzeźbionej powierzchni dewońskich wapieni. Na przestrzeni milionów lat pokrywa ta została scementowana, tworząc brekcję wietrzeniową. Jasne ostrokrawędziste okruchy wapieni spojone są w niej ciemniejszym czerwonawym drobno- krystalicznym węglanem wapnia. Brekcja dość wyraźnie widoczna jest na zwietrzałych powierzchniach, w najwyższych partiach południowych ścian rezerwatu, gdzie jej grubość sięga kilku metrów. Natomiast na świeżych powierzchniach skalnych odróżnienie jej od utworów dewońskich wymaga dużej wprawy.

 

W permie, współcześnie z tworzeniem pokryw wietrzeniowych, dewoński materiał gruzowy był przenoszony i obtaczany przez okresowe rzeki i strumienie. W okolicy Kielc (np. Czerwona Góra, Sitkówka) powstawały jego lokalne nagromadzenia w postaci żwirowych osadów rzecznych i deltowych. Obecnie tworzą one „zlepieńce zygmuntowskie”.

 

Spękania tektoniczne umożliwiły migrację wód w górotworze i powstawanie form krasowych (Urban red., 1996). Na Wietrzni reprezentują one 2 generacje, charakterystyczne dla obszaru świętokrzyskiego; starszą (permsko-triasową) i młodszą (plejstoceńską). Należą do nich liczne niewielkie jaskinie szczelinowe, studnie i kominy krasowe oraz pustki i żłobki. Większe jaskinie zazwyczaj uległy zniszczeniu podczas eksploatacji, a na powierzchni terenu pozostały po nich obniżenia zawaliskowe oraz izolowane bloki o powierzchniach urzeźbionych krasowo. Wylot najdłuższej zachowanej jaskini (o łącznej długości korytarzy i komór 60 m) znajduje się w wyrobisku Międzygórza, w zagłębieniu eksploatacyjnym.

 

Część form krasowych i szczelin tektonicznych wypełniona jest gliniasto-gruzową brekcją krasową oraz namuliskami z glin, iłów, mułowców i piaskowców. Większość osadów namulisk powstała w efekcie przemieszczenia gliniastych, zwietrzelinowych utworów rezydualnych typu terra rossa. Duży udział związków żelaza nadał im czerwoną barwę. Świadczy to o wietrzeniu w warunkach klimatu tropikalnego, w permie, wczesnym triasie lub trzeciorzędzie. W południowej części Międzygórza Wschodniego, w filarze poeksploatacyjnym, widoczny jest fragment wąwozu lub leja krasowego, wypełnionego namuliskiem iłowców. Ich wiek, na podstawie badań magnetycznych, datowano na późny perm/wczesny trias (około 250 mln lat). Wapienne polewy pokrywają ściany szczelin i kociołków krasowych, a drobniejsze pustki wypełniają w całości.

 

 

 

Literatura

  • BIJAK G. (red.) 2005 – Fauna dewonu. http://gr.introne.com/.
  • KASZA A., SELERSKI B. 1998 – Piesze wycieczki geologiczne po rezerwatach przyrody w Kielcach. Agencja JP, Kielce.
  • MIGASZEWSKI Z. 1990 - Synsedymentacyjne utwory hydrotermalne dewonu środkowego i górnego Gór Świętokrzyskich. Prace Państwowego Instytutu Geologicznego, 129: 1-55.
  • NARKIEWICZ M., 1991 – Procesy dolomityzacji mezogenetycznej na przykładzie żywetu i franu Gór Świętokrzyskich. Prace Państwowego Instytutu Geologicznego, 82: 1-54.
  • NARKIEWICZ M., RACKI G., SKOMPSKI S., SZULCZEWSKI M. 2006 – Zapis procesów i zdarzeń w dewonie i karbonie Gór Świętokrzyskich. W: S. Skompski i A. Żylińska (red.). Procesy i zdarzenia w historii geologicznej Gór Świętokrzyskich. LXXVII Zjazd Naukowy Polskiego Towarzystwa Geologicznego. Ameliówka k. Kielc 28-30 czerwca 2006r. Materiały konferencyjne, 51-77.
  • RUBINOWSKI Z., WÓJCIK Z. 1978 – Odsłonięcia geologiczne Kielc i okolic oraz problemy ich ochrony i zagospodarowania. Prace Muzeum Ziemi, 20: 95-121.
  • SZCZAŁUBOWIE D. I W., GARUS R., PERNAL J., MĘDRZAK D., KASZA A., SELERSKI B. 2008 –Rezerwaty przyrody w Kielcach. Przewodnik dla turystów i wycieczek szkolnych. Agencja JP. Kielce.
  • SZULCZEWSKI M., 1995 – Stop. 4. Wietrznia. In: Lipiec M., Malec M., Matyja H., Migaszewski Z., Paszkowski M., Protas A., Skompski S., Szulczewski M., Zbroja S., Żakowa H., Żelichowski A. M., 1995 – Development of the Variscan basin and epi-Variscan cover at the margin of the East European Platform /Pomerania, Holy Cross Mts., Kraków Upland/. XIII International Congress. Carboniferous - Permian. August 23 – August 27, 1995. Kraków – Poland.
  • STUPNICKA E., STEMPIEŃ-SAŁEK M. 2006 – Poznajemy Góry Świętokrzyskie. PWN.
  • URBAN J. (red.), 1996 – Jaskinie regionu świętokrzyskiego. PTPNoZ.
  • WRZOŁEK T. 2005 – Devonian rugose corals of the Phillipsastrea hennahii species group. Acta Geologica Polonica, 2:163-185.
  • ZŁONKIEWICZ Z. 2005 - Zjawiska geologiczne w Rezerwacie Przyrody Nieożywionej „Wietrznia im. Zbigniewa Rubinowskiego”. W: Grysa K. (red.) V Kielecki Festiwal Nauki 16-26 września 2004. Prezentacje Festiwalowe. KTN. Kielce, 55-57.
  • ZŁONKIEWICZ Z. 2008 - Walory geoedukacyjne rezerwatu „Wietrznia” im. Z. Rubinowskiego w Kielcach. W: Pierwszy Polski Kongres Geologiczny. Kraków 26-28 czerwca 2008: abstrakty. Polskie Towarzystwo Geologiczne. Kraków, 138.

Powyższy tekst stanowi rozbudowaną i uzupełnioną ilustracjami wersję artykułu opublikowanego w pracy zbiorowej „V Kielecki Festiwal Nauki 16-26 września 2004. Prezentacje Festiwalowe”, K. Grysa (red.), Kielce, 2005.